多相流管网水力特征与水力计算

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1、第4章多相流管网水力特征与水力计算4.1液气两相流管网水力特征与水力计算工程背景：建筑排水管网空调凝结水管网蒸汽供暖管网4.1.1液气两相流管网水力特征4.1.1.1建筑内部排水流动特点及水封（1）流动特点气、液、固均存在，固体物较少，可视为液气两相流。水量、气压随时间变化幅度大。流速随空间变化剧烈。横支管进入立管，流速激增，水、气混合；立管进入横总管，流速急降，水、气分离。（2）水封水封水封位置水封高度水封破坏4.1.1.2横管内水流状态（1）能量（2）状态图4-1-1横管内水流状态示意图1-水膜状高速水流；2-气体V0——竖直下落末端水流速度；he——横管断面

2、水深；v——he水深时的水流速度；K——与连接形式有关的能量损失系数；（3）管内压力1）横支管内压力变化2）横干管内压力变化更为剧烈。特别注意对建筑下部几层横支管的影响，要与横干管保持一定的垂直距离。4.1.1.3立管中水流状态排水立管上接各层排水横支管，下接横干管或排出管，立管内水流呈竖直下落流动状态，水流能量转换和管内压力变化剧烈。（1）排水立管水流特点1）断续的非均匀流2）水气两相流3）管内压力变化图4-1-3排水管内压力分布示意图（2）排水立管中水流流动状态1）附壁螺旋流。排水量较小，立管中心气流仍旧正常，气压较稳定。这种状态历时很短。2）水膜流。有一定厚

3、度的带有横向隔膜的附壁环状流。随水流下降流速的增加，水膜所受管壁摩擦力增加。当水膜受向上的管壁摩擦力与重力达到平衡时，下降速度和厚度不再发生变化，这时的流速叫终限流速（vt）。从横支管水流入口至终限流速形成处的高度叫终限长度（lt）。横向隔膜不稳定，形成与破坏交替进行。在水膜流阶段，立管内气压有波动，但其变化不会破坏水封。3）水塞流。随排水量继续增加，水膜厚度不断增加，隔膜下部压力不能冲破水膜，最后形成较稳定的水塞。水塞向下运动，管内气体压力波动剧烈，水封破坏，整个排水系统不能正常使用。这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关。也就是与水流充满立管断面的大小有关

4、。排水立管内的水流状态应为水膜流。实验表明，在设有专用通气立管的排水系统中：（3）水膜流运动的力学分析水膜区以水为主的水气两相流，忽略气；气核区以气为主的气水两相流，忽略水。经分析推导，得出：4.1.1.4排水管在水膜流时的通水能力工作高度：横支管与立管连接处至排除管中心的距离。4.1.1.5影响立管内压力波动的因素及防止措施(1)影响排水立管内部压力的因素确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内部排水系统中两个最重要的问题，这两个问题都与立管内压力有关。最大负压：（2）稳定立管压力增大通水能力的措施减小终限流速减小水舌阻力系数K4.1.2建筑排水管网的水力计算4

5、.1.2.1横管的水力计算设计规定（1）充满度—规定最大计算充满度（2）自净流速—规定的最小流速（3）管道坡度—通用坡度，最小坡度（4）最小管径—防止堵塞的最小管径2.横管水力计算方法对于横干管和连接多个卫生用水器具的横支管，应逐段计算各管段的排水设计秒流量，通过水力计算来确定各管段的管径和坡度。建筑内部横向管道按明渠均匀流公式计算。水力计算表见《建筑给水排水工程》（第四版）附录6-1和6-24.1.2.2立管水力计算排水立管按通气方式分为普通伸顶通气、专用通气立管通气、特制配件伸顶通气和无通气四种情况。四种情况的排水立管最大允许通水能力见表4-1-9，设计时先计

6、算立管的设计秒流量，然后查表4-1-9确定管径。4.1.2.3通气管道计算按工程实际情况，查取有关手册、参考资料确定。自学【例4-1】参考书：《建筑给水排水工程》（第四版）4.1.3空调凝结水管路系统的设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空调机，新风机组，组合式空调箱等）在运行过程中产生凝结水。较之建筑排水管网，凝结水管网内的流动稳定性要好得多，气压波动小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径：Q≤7kW时，DN=20mmQ=7.1～17.6kW时，DN=25mmQ=17

7、.7～100kW时，DN=32mmQ=101～176kW时，DN=40mmQ=177～598kW时，DN=50mmQ=599～1055kW时，DN=80mmQ=1056～1512kW时，DN100mmQ=1513～12462kW时，DN=125mQ＞12462kW时，DN=150mm4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算4.2.1汽液两相流管网水力特征与保障正常流动的技术措施汽、液相的相互转变：蒸汽－－凝水；凝结水－－二次汽化。形成流动阻碍。水击产生及防止蒸汽管路中的凝水不能顺利排走，遇到阻碍，在高速下（>20m/s)与管壁、管件撞击。尽量汽、水同向流，逆向流时采

8、用低流速；